Ils confirment que l’antimatière tombe, comme la matière, sous l’effet de la gravité.

En effet, dans une expérience unique, une équipe de chercheurs de la collaboration internationale ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus), du laboratoire européen du CERN en Suisse, a réussi à observer le chemin descendant suivi par une série d’atomes individuels d’antihydrogène et a fourni , après des décennies de doutes, une réponse définitive : l’antimatière tombe.

L’ouvrage, qui vient d’être publié dans ‘Nature», rejette donc une supposée « répulsion gravitationnelle » comme explication de l’absence pratique d’antimatière dans l’Univers.

“Le succès de la collaboration ALPHA”, a déclaré Vyacheslav ‘Slava’ Lukin, directeur du programme de la division physique de la National Science Foundation (NSF), “témoigne de l’importance du travail d’équipe à travers les continents et les communautés scientifiques. Comprendre la nature de l’antimatière peut nous aider non seulement à comprendre comment notre Univers a vu le jour, mais peut également permettre de nouvelles innovations jamais imaginées auparavant, telles que la tomographie par émission de positons (TEP), qui a sauvé de nombreuses vies en appliquant nos connaissances sur l’antimatière. pour détecter les cellules cancéreuses et les tumeurs dans le corps.

Le mystère de l’antimatière

Tout ce qui nous entoure, de nous-mêmes aux murs de notre maison, en passant par le sol sur lequel nous marchons, la Terre, le Soleil et toutes les étoiles et galaxies que nous pouvons voir, est composé d’une poignée seulement de particules, comme des protons, des neutrons ou des particules. électrons. , qui forment des atomes d’oxygène, de carbone, de fer ou tout autre élément du tableau périodique. Toute cette matière a émergé du Big Bang il y a 13,76 milliards d’années, mais en même temps, selon la théorie la plus répandue, une quantité identique d’« antimatière » aurait dû émerger, l’image miroir de la matière ordinaire (à ne pas confondre avec la matière sombre). matière). ).

Mais les observations nous montrent, obstinément, un Univers constitué uniquement de matière. Alors, où est toute l’antimatière manquante ? Personne n’a vu, ni ne s’attend à voir, des planètes ou des galaxies entières constituées d’antimatière. Bien que « là-bas », l’antimatière devrait être tout aussi abondante que ce que nous voyons.

La matière et l’antimatière sont exactement les mêmes, à une exception près : leurs charges électriques sont opposées. Ce qui signifie que si un électron (la matière) a une charge négative, la particule d’antimatière correspondante, le positron, aura une charge positive. De la même manière, à chaque proton de matière, chargé positivement, correspond un « antiproton » d’antimatière chargé négativement. Et il en va de même pour toute autre particule.

Mais cela pose un problème. Lorsqu’une particule de matière ordinaire (par exemple un électron) rencontre son antiparticule (un positon), elle s’annihile dans une petite explosion d’énergie. Par conséquent, si le Big Bang avait « produit » la même quantité de l’une que de l’autre, la matière et l’antimatière auraient dû être complètement annihilées, ne laissant… rien.

Et pourtant, défiant notre compréhension, des milliards de galaxies et des milliards d’étoiles et de planètes composent notre Univers. Le tout fait de matière et sans la moindre trace d’antimatière. Les scientifiques appellent ce problème « baryogenèse ». Une explication possible, désormais écartée par la nouvelle expérience, était que l’antimatière aurait été « repoussée » gravitationnellement par la matière ordinaire lors du Big Bang. D’autres soutiennent que, pour une raison quelconque, pendant le Big Bang, la symétrie entre la matière et l’antimatière a été brisée, de sorte que davantage de première est apparue que de seconde. Si tel était le cas, l’Univers que nous voyons serait la matière « restante » après que tout le reste ait été anéanti.

L’antimatière se comporte-t-elle de la même manière que la matière ?

«La théorie de la relativité générale d’Einstein – explique le co-auteur Jonathan Wurtele, physicien des plasmas à l’Université de Californie à Berkeley et membre de la collaboration ALPHA – dit que l’antimatière devrait se comporter exactement comme la matière. De nombreuses mesures indirectes indiquent que la gravité interagit avec l’antimatière comme prévu, mais jusqu’au résultat d’aujourd’hui, personne n’avait vraiment fait d’observation directe qui pourrait exclure, par exemple, que l’antihydrogène monte et ne descende pas dans un champ gravitationnel”.

Pour réaliser leur expérience, les chercheurs ont généré une petite quantité d’antimatière dans leur laboratoire.

«En termes généraux – continue Wurtele – nous produisons de l’antimatière pour faire une expérience comme celle de la Tour Penchée de Pise (supposément réalisée par Galilée au XVIe siècle pour démontrer une accélération gravitationnelle identique de deux objets de volume similaire mais de masse différente lancés simultanément). . “Nous laissons tomber l’antimatière pour voir si elle monte ou descend.”

Au cours de l’expérience ALPHA, l’antihydrogène était contenu dans une chambre à vide cylindrique dotée d’un piège magnétique variable, appelée ALPHA-g. Les scientifiques ont réduit la force des champs magnétiques supérieur et inférieur du piège jusqu’à ce que les atomes d’antihydrogène puissent s’échapper et que l’influence de la gravité devienne évidente.

Lorsque chaque atome d’antihydrogène s’échappait du piège magnétique, il touchait les parois de la chambre au-dessus ou au-dessous du piège et s’anéantissait, ce que les scientifiques pouvaient détecter et leur permettre de les compter.

Les chercheurs ont répété l’expérience plus d’une douzaine de fois, en faisant varier la force du champ magnétique en haut et en bas du piège pour exclure d’éventuelles erreurs. Ils ont observé que lorsque les champs magnétiques affaiblis étaient précisément équilibrés en haut et en bas, environ 80 % des atomes d’antihydrogène étaient annihilés sous le piège, un résultat cohérent avec le comportement d’un nuage d’hydrogène conventionnel dans les mêmes conditions.

Il était donc clair que la gravité provoquait la chute de l’hydrogène. «Nous avons exclu – conclut Wurtele – que l’antimatière soit repoussée par la force gravitationnelle au lieu d’être attirée. “Ce qui ne veut pas dire qu’il n’y a pas de différence dans la force gravitationnelle sur l’antimatière, même si seule une mesure plus précise le dira.”

Désormais, les chercheurs de la collaboration ALPHA continueront d’étudier la nature de l’antihydrogène. Et en plus d’affiner leur mesure de l’effet de la gravité, ils étudient également comment l’antihydrogène interagit avec le rayonnement électromagnétique grâce à la spectroscopie.

«Si l’antihydrogène était en quelque sorte différent de l’hydrogène – dit le chercheur – ce serait quelque chose de révolutionnaire, car les lois physiques, tant en mécanique quantique qu’en gravité, disent que le comportement devrait être le même. Cependant, vous ne pouvez pas en être sûr tant que vous n’avez pas fait l’expérience.